Une étude de Stanford sur la prise de décision chez les souris révèle que la faim et la soif modulent les objectifs plutôt que d’influencer directement les choix, soulignant ainsi le rôle du cerveau dans la gestion de besoins contradictoires. Crédit : Issues.fr.com
Faire des choix peut être difficile. Nous sommes souvent confrontés à des dilemmes dans lesquels choisir une option signifie en manquer une autre. Ce concept s’applique à tout le monde, y compris à une souris affamée, pour laquelle chaque morceau de nourriture compte. Mais que se passe-t-il si les enjeux sont plus importants que de simplement choisir entre de minuscules restes de nourriture et un morceau de fromage ?
Des chercheurs de Stanford ont étudié comment les souris résolvent les conflits entre les besoins fondamentaux dans une étude récemment publiée dans la revue Nature. Ils ont présenté à des souris à la fois affamées et assoiffées un accès égal à la nourriture et à l’eau et ont observé ce qui se passait ensuite.
Le comportement des souris a surpris les scientifiques. Certains se sont d’abord tournés vers l’eau, tandis que d’autres ont choisi la nourriture. Puis, avec des périodes d’indulgence apparemment « aléatoires », ils ont alterné. Dans leur étude, le doctorant Ethan Richman, auteur principal de l’article, et ses collègues des départements de biologie, de psychiatrie et des sciences du comportement, ainsi que de bio-ingénierie, ont exploré pourquoi. Ce travail s’appuie sur des années de collaboration entre les co-auteurs principaux Karl Deisseroth, professeur DH Chen à Stanford Medicine, et Liqun Luo, professeur Ann et Bill Swindells à l’École des sciences humaines et des sciences, pour comprendre comment le cerveau maintient le corps en vie. .
Buridan, c’est quoi ?
« Il y a ce vieux dilemme philosophique appelé Buridan’s Ass », a expliqué Richman, « où vous avez un âne qui a également faim et soif et qui est également loin de la nourriture et de l’eau. » Le concept a été posé par les philosophes Aristote, Jean Buridan et Baruch Spinoza, sous différentes formes. La question était de savoir si l’âne choisirait un besoin plutôt qu’un autre ou s’il resterait obstinément au milieu.
Mais les animaux font constamment des choix. Nous devons satisfaire nos besoins pour maintenir l’homéostasie. Richman et ses collègues voulaient savoir comment le cerveau dirige le trafic via des signaux contradictoires pour contourner Buridan. Ils appellent leur expérience comportementale « Test de Buridan ».
Si la faim ou la soif motivait directement une souris à manger ou à boire, elle changerait dès qu’un besoin l’emportait sur l’autre. Lorsque les besoins étaient égaux, la souris restait bloquée. Ce n’est pas ce que les chercheurs ont observé. « Nos données indiquent que la soif et la faim n’agissent pas comme des forces directes sur le comportement », a déclaré Richman. « Au lieu de cela, ils modulent le comportement de manière plus indirecte. Ils influencent ce que nous considérons comme l’objectif actuel de la souris.
Le but d’une souris
Nous pensons souvent aux choix comme à un moment décisif. Les chercheurs voulaient comprendre quand et où les choix entre la nourriture et l’eau prennent naissance dans le cerveau. Grâce aux progrès récents de la technologie d’enregistrement, ils ont surveillé l’activité des neurones individuels répartis dans le cerveau de la souris.
À leur grande surprise, les modèles d’activité neuronale dans tout le cerveau prédisaient le choix de la souris, avant même qu’on lui présente des options. « Au lieu d’un seul moment de choix, le cerveau de la souris diffuse constamment son objectif actuel », a déclaré Richman. « Les résultats des choix les plus difficiles que vous faites – lorsque les options sont étroitement équilibrées en importance, mais que les catégories sont fondamentalement différentes – peuvent avoir à voir avec l’état dans lequel se trouvait votre cerveau, avant même que le choix ne soit présenté », a déclaré Deisseroth. « C’est un résultat intéressant et cela nous aide à mieux comprendre certains aspects du comportement humain. »
Explorer le hasard
Les chercheurs ont découvert que les souris affamées et assoiffées font souvent le même choix à plusieurs reprises avant de changer soudainement. « En mode alimentation, la souris se contentera de manger et de manger. En mode boisson, il boira et boira », a déclaré Luo. « Mais il y a un aspect aléatoire qui les amène à basculer entre les deux. De cette façon, à long terme, ils satisfont aux deux besoins, même s’ils n’en choisissent qu’un à un moment donné.
Pour tester ce caractère apparemment aléatoire, les chercheurs ont mené une autre expérience, cette fois avec des souris affamées. Pendant que les souris mangeaient, les scientifiques ont introduit la soif grâce à une technique appelée optogénétique. Avec l’optogénétique, ils ont utilisé la lumière pour activer les neurones provoquant la soif. Parfois, les souris se tournaient vers l’eau, et parfois elles l’ignoraient et continuaient à manger. Le niveau de soif était le même à chaque fois, ce qui a conduit les chercheurs à conclure qu’il existe un élément aléatoire clé influençant l’objectif de la souris.
Les scientifiques étaient perplexes face à l’interaction entre ce caractère aléatoire et les intensités relatives de la faim et de la soif. Pour mieux le comprendre, ils se sont tournés vers la modélisation mathématique. Inspirés par une ressemblance conceptuelle entre leurs résultats et un domaine lointain de la physique, les chercheurs ont emprunté, peaufiné et simulé plusieurs équations.
« Nous avons été extrêmement surpris et enthousiastes de constater que quelques équations simples issues d’une discipline apparemment sans rapport pouvaient prédire de près certains aspects du comportement et de l’activité cérébrale de la souris », a déclaré Richman. Les résultats de leur modélisation suggèrent que l’activité cérébrale liée à l’objectif de la souris est constamment en mouvement. Il est piégé par des besoins comme la faim et la soif. Pour s’échapper et passer d’un objectif à un autre, la souris s’appuie sur une série d’activités aléatoires.
Ce travail établit l’importance du changement de l’état de base du cerveau lorsqu’il s’agit de prise de décision. À l’avenir, les chercheurs exploreront ce qui donne le ton et pourquoi les décisions n’ont pas toujours de sens.
Au-delà de Buridan
« En ce qui concerne l’âne de Buridan, nous pouvons dire que la décision de l’âne est prise avant qu’on lui donne le choix », explique Richman, « et s’il doit attendre, son choix peut alors changer spontanément. » Les applications cliniques de ces travaux dans le contexte humain sont un peu plus complexes. « En tant que psychiatre, je réfléchis souvent à la façon dont nous prenons des décisions saines (adaptatives) ou néfastes (inadaptées) », a déclaré Deisseroth. (Les comportements inadaptés ont un impact sur la capacité des gens à prendre des décisions dans leur meilleur intérêt et ils sont fréquents dans les troubles psychiatriques.) « Il est très difficile pour la famille et les amis de voir des êtres chers agir contre leurs propres pulsions de survie. Cela peut aider à comprendre que les choix effectués reflètent le paysage dynamique sous-jacent du cerveau du patient, affecté par le trouble davantage que par la volonté consciente du patient.
Même si ces travaux n’expliquent peut-être pas le comportement humain, ils commencent à révéler un cadre important pour la prise de décision. « Il s’agit d’une découverte scientifique fondamentale qui dépend d’une neuro-ingénierie assez avancée, mais au fond, nous abordons des questions universelles auxquelles les gens réfléchissent et sont constamment confrontés », a déclaré Deisseroth. « C’est passionnant de développer et d’appliquer des outils modernes pour répondre à ces questions très anciennes, profondes et personnelles. »
Ce travail a été financé par la National Science Foundation, la Instituts nationaux de la santéet la Fondation Gatsby.
